莲高密度遗传连锁图谱的构建及荷叶碱含量QTL定位

Lotus is an important aquatic economic plant in China. Nuciferine, the main bioactive constituent of alkaloids in lotus leaves, is a key lipid-lowering substance. It has been paid much attention because of its remarkable curative effects on obesity, hyperlipidemia and hypertension. Mapping quantitative trait loci (QTL) of nuciferine content and dissecting its genetic variation is essential to understand the regulation mechanism of nuciferine, which will guide molecular breeding of lotus cultivars with high nuciferine content. In this project, using SSR and SNP markers which discovered by restriction site associated DNA sequencing (RAD-Seq), a dense genetic linkage map of lotus will be constructed based on an F2 population derived from a cross between 'Chinese Antique Lotus' (low nuciferine content) and 'American Lotus' (high nuciferine content). According to the nuciferine contents detected in lotus leaves for three years, QTLs controlling nuciferine contents will be identified. And markers close linked with nuciferine contents of lotus leaves in the confidence interval of major QTL will be obtained through developing more markers from the genomic sequences of lotus variety, Chinese Ancient Lotus. The project will reveal the genetic variation of nuciferine and lay a theoretical thesis for studying its regulation mechanism. The obtained molecular markers close linked with nuciferine content will provide useful information for molecular breeding of lotus cultivars with high nuciferine content.

莲是我国重要的水生经济植物。荷叶碱是莲叶片中主要的降脂活性物质，因可用于肥胖、高脂血症和高血压等的治疗而倍受国内外学者的高度重视。开展荷叶碱含量QTL定位研究，解析其遗传变异机理，对于阐明其合成调控机制及选育高荷叶碱含量莲栽培品种具有重要理论意义与应用价值。本项目拟采用已构建好的两亲本间具较高DNA序列多态性且荷叶碱含量存在显著差异的F2分离群体为研究材料，以莲SSR标记遗传连锁框架图谱为基础及'中国古代莲'的全基因组序列为参考，利用RAD-seq技术快速检测亲本及F2分离群体的SNP基因型构建莲的高密度遗传分子图谱；结合F2群体及亲本叶片中荷叶碱含量连续三年的测定数据，检测荷叶碱含量QTL位点；根据主效QTL置信区间对应的基因组序列信息进一步开发新的Indel、SSR和SNP标记，加密主效QTL区间，挖掘与荷叶碱含量主效QTL紧密连锁的分子标记，为莲的分子辅助育种提供重要的选择依据。

莲是我国重要的水生经济植物，荷叶是莲属（Nelumbo）植物的成熟叶片，入药具显著的降脂活性。荷叶碱作为莲叶片中主要的降脂活性物质，因可用于肥胖、高脂血症和高血压等的治疗而倍受国内外学者的高度重视。通过本项目主要研究内容的实施，获得结果如下：（1）利用筛选出的208对SSR引物和28对SRAP引物对父母本及其分离群体各单株进行扩增，首次构建了莲的SSR标记遗传连锁框架图谱；（2）利用Solexa与454两种高通量测序技术完成了杂交母本‘中国古代莲’的基因组测序工作，首次绘制了莲的基因组草图；（3）以‘中国古代莲’的全基因组序列为参考，利用RAD-seq技术快速检测亲本及其分离群体的SNP基因型构建了莲的高密度遗传分子图谱。其中，美洲黄莲‘AL1’的遗传图谱包含10个连锁群，共1515个标记，覆盖基因组长度563.60 cM；（4）结合分离群体及亲本叶片中荷叶碱含量连续三年的测定数据，且对荷叶碱单体及其总碱含量的QTL区间初步定位，整合获得了荷叶碱单体及其总碱含量的一致性QTLs；（5）通过对Con-qtl-C2-3区间分子标记加密，并结合基因组注释信息和荷叶生物碱代谢路径，确定CjCYP80B是与荷叶生物碱含量相关的关键基因的候选基因；（6）通过表达谱测序，构建了荷叶生物碱共表达基因网络调控图，并对目的基因NnNCS、NnCYP80B、NnCYP80G进行了功能验证；（7）基于莲不同组织花、地下根茎、叶的相关转录组数据以及本项目对‘中国古代莲’全基因组测序数据，并通过与专业的网站设计制作团队合作，武汉植物园于2015年4月完成了莲基因组数据库网站的建设（http://lotus-db.wbgcas.cn）。本项目对于阐明荷叶生物碱的合成调控机制、指导培育高荷叶碱含量莲栽培品种具有重要理论意义与应用价值。